冲击荷载作用下冻融循环损伤碳纤维及碳纤维布混凝土力学性能试验研究

作     者：田学昭 刘沛林 张宏伟 金家胜 

作者机构：中国二十二冶集团有限公司 天津大学土木工程系 中国建筑科学研究院有限公司 乌鲁木齐职业大学应用工程学院 

出 版 物：《复合材料科学与工程》 (Composites Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主　　题：冻融循环 冲击荷载 碳纤维 混凝土 动态峰值应力 韧性 能量耗散 

摘      要：基于试验探究碳纤维应用方式及冲击荷载作用对冻融损伤混凝土力学性能影响规律，利用霍普金森压杆(SHPB)对不同冻融循环次数(0、25、50、75、100)作用后四种混凝土(素混凝土、碳纤维混凝土、碳纤维布混凝土、碳纤维与纤维布混凝土)试件开展不同加载率下的冲击压缩试验，分析冻融循环次数、碳纤维应用方式及加载率对混凝土材料动态应力应变曲线、峰值应力、韧性及耗能效果影响规律。结果表明：(1)冻融循环0次、0.3 MPa冲击气压下碳纤维混凝土、碳纤维布混凝土及碳纤维与纤维布混凝土峰值应力是素混凝土的1.30、1.63、1.95倍，碳纤维及碳纤维布均能够有效提升混凝土材料动态抗压强度，碳纤维布提升效果更显著。(2)相较于未冻融试件，冻融循环25、50、75、100次时素混凝土试件峰值应力降幅3.93%、19.01%、28.52%、41.95%，四种混凝土试件峰值应力均与冻融循环次数间呈线性负相关。(3)冲击气压0.3 MPa、冻融循环100次时碳纤维及纤维布混凝土、碳纤维布混凝土、碳纤维混凝土试件韧性分别为素混凝土的3.78、2.44、1.81倍，碳纤维及碳纤维布不仅能够增强试件韧性，同时能够增强试件的抗冻性能。(4)冻融循环25、50、75、100次时，碳纤维及纤维布混凝土试件单位体积耗散能降幅分别为1.70%、3.64%、6.07%、12.14%，素混凝土试件单位体积耗散能降幅为21.43%、35.71%、53.57%、73.21%，碳纤维的存在对混凝土抗冻融损伤存在一定的提升作用。